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1、 中 北 大 學(xué) 信 息 商 務(wù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 名： 機(jī)械工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè) 計(jì) 題 目： 減振鏜刀的設(shè)計(jì)與分析 指導(dǎo)教師: 2016年 3月21日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1.1課題背景及研究意義 振動(dòng)是切削加工中普遍存在的現(xiàn)象,它嚴(yán)重得降低了零件的加工精度與表面粗糙度,限制切削加工向高

2、速、高精和強(qiáng)力方向發(fā)展。隨著機(jī)械制造技術(shù)的不斷發(fā)展,實(shí)際工程中對(duì)切削加工技術(shù)的要求越來(lái)越高,[1]特別是一些對(duì)加工精度要求極高的行業(yè),如兵器與航空宇航制造業(yè)等,加工中即使發(fā)生微小的振動(dòng)也會(huì)使零件精度或表面粗糙度很差,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。目前陶瓷、多種涂層和立方氮化硼等各種新型刀具材料在切削加工中日益獲得廣泛的應(yīng)用,這些材料制成的刀具一般具有很高的硬度,耐熱性也比較好,能持續(xù)在高轉(zhuǎn)速條件下切削,從而使生產(chǎn)效率得到大幅提高?？墒沁@些刀具對(duì)振動(dòng)引起的沖擊載荷耐受性很差,很容易發(fā)生崩刃,因此在使用這類(lèi)刀具進(jìn)行加工時(shí)要盡量控制振動(dòng)的發(fā)生。而且由于鈦合金、鋁合金及一些新型材料的快速發(fā)展,結(jié)構(gòu)的輕型化是以后機(jī)械

3、設(shè)備的必然趨勢(shì),薄壁型零件的生產(chǎn)逐漸增多,其對(duì)加工條件要求更為苛刻,更需嚴(yán)格控制振動(dòng)。因此,有必要認(rèn)真研究機(jī)械加工中發(fā)生振動(dòng)的原因及其防治方法,以便能降低甚至消除振動(dòng)。 當(dāng)車(chē)刀和鏜桿的懸伸比較大時(shí),由于靜剛度或動(dòng)剛度的不足易于激起振動(dòng),導(dǎo)致所生產(chǎn)的工件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。鏜削的半封閉的加工特點(diǎn)致使鏜桿的結(jié)構(gòu)受很大限制,基本上為長(zhǎng)徑比較大的細(xì)長(zhǎng)型結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其靜剛度與動(dòng)剛度都比較差,一般來(lái)說(shuō),當(dāng)?shù)稐U的長(zhǎng)徑比大于5時(shí)切削系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生顫振,[2]甚至在很多應(yīng)用中,例如車(chē)削內(nèi)螺紋或內(nèi)表面開(kāi)槽時(shí),顫振有可能在長(zhǎng)徑比為2-3就開(kāi)始了。顫振的產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重影響工件表面質(zhì)量和性能,而且工藝系統(tǒng)也不斷承受周期

4、性的動(dòng)載荷作用,很容易發(fā)生損壞,為了抑制顫振不得不將切削用量減小,這就造成生產(chǎn)效率的降低。從理論來(lái)說(shuō)減小鏜桿的懸伸長(zhǎng)度或增加鏜桿的直徑對(duì)減小顫振的產(chǎn)生是有利的。但受制于實(shí)際的加工需要,不可能降低鏜桿的懸伸長(zhǎng)度或增加直徑的尺寸。在追求零件整體化加工的趨勢(shì)下,深孔加工在機(jī)械加工中占有越來(lái)越重要的地位。所以為了突破這一影響制造業(yè)發(fā)展的瓶頸,減振刀桿的研制一直是國(guó)內(nèi)外的熱門(mén)課題,國(guó)外的學(xué)者在這方面做了很多努力同時(shí)也取得了不小的成果,制造出了成熟的產(chǎn)品。相比較而言雖然國(guó)內(nèi)的很多單位也致力于此,但效果均不太理想,與國(guó)外水平有很大差距,使得同類(lèi)刀具技術(shù)目前被國(guó)外產(chǎn)品壟斷,如美國(guó)肯納(Kennametal)的

5、直徑25mm、懸伸10倍的減振鏜刀現(xiàn)在報(bào)價(jià)要在2萬(wàn)以上,價(jià)格非常高,但我國(guó)目前很少有自己的成熟定型產(chǎn)品,不得不以大量資金引進(jìn)國(guó)外刀具,因此減振刀具的研制已經(jīng)成為我國(guó)切削加工行業(yè)急需解決的重大問(wèn)題。 針對(duì)以上問(wèn)題本文提出了動(dòng)力減振的方法研究。要想提高鏜刀桿的抗振效果,首先要提高鏜桿自身的動(dòng)剛度,其次還要增加鏜桿的系統(tǒng)阻尼,增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的吸收能力; 本人基于這種想法，于是在鏜桿中選擇加入減振系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步提高減振性能。 從實(shí)際應(yīng)用價(jià)值來(lái)講,減振刀桿的研究有利于我國(guó)切削制造業(yè)的發(fā)展。改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)在刀具生產(chǎn)方面發(fā)展迅速,并且我國(guó)還是世界的“制造中心”。但我國(guó)的切削制造水平與國(guó)外

6、依然存在很大的差距,在生產(chǎn)制造業(yè)的道路上還有很長(zhǎng)的路要走。對(duì)于那些長(zhǎng)徑比大的零件加工,普通刀具是很難保證加工質(zhì)量的。而要采用匹配的刀具就得考慮剛度穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)目前大多采用具有較高剛度的材料的方法設(shè)計(jì)制造減振刀桿,但當(dāng)長(zhǎng)徑比超過(guò)8時(shí),這種方法也不能起太大作用。[5]我國(guó)目前只能進(jìn)口國(guó)外的刀具。這使得零件加工綜合加工成本很高。如果能在阻尼減振刀桿方面有所突破,則會(huì)大大降低加工的成本,增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。并可以帶動(dòng)其它相關(guān)產(chǎn)業(yè),提高我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。[6] 1.2鏜桿振動(dòng)控制的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 雖然學(xué)者們?cè)跍p振鏜桿上花費(fèi)了大量的精力和時(shí)間,但它的研究和發(fā)展還是比較緩慢。主要是目前對(duì)

7、于振動(dòng)的機(jī)理研究仍不夠完善透徹,以至于在刀桿設(shè)計(jì)時(shí)采用了大量的簡(jiǎn)化計(jì)算,產(chǎn)品很難投入實(shí)際中使用。到目前為止,世界上也只有幾家廠商可以設(shè)計(jì)生產(chǎn)出較為成熟的產(chǎn)品。迫于需要近年來(lái)各國(guó)對(duì)振動(dòng)的研究不斷加深,再加上新材料及新的控制理論的不斷發(fā)展,使減振技術(shù)日益完善。系統(tǒng)的總結(jié)起來(lái)就目前主流的減小振動(dòng)的措施一般分三類(lèi):主動(dòng)控制[7],半主動(dòng)控制[8]與被動(dòng)控制。近年來(lái)以智能材料和先進(jìn)控制理論為主要研究目標(biāo)的半主動(dòng)、主動(dòng)控制正蓬勃發(fā)展,但被動(dòng)控制仍以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為研究的重點(diǎn)方向。 被動(dòng)控制是通過(guò)增加切削系統(tǒng)的硬性參數(shù)指標(biāo)(如動(dòng)剛度)或在結(jié)構(gòu)上附加吸振器,減振器等方法抑制振動(dòng)。相對(duì)于半主動(dòng)、主動(dòng)

8、控制來(lái)說(shuō),被動(dòng)控制的反應(yīng)速度比較慢而且作用頻域比較窄,系統(tǒng)參數(shù)一旦設(shè)定就很難更改,而實(shí)際的加工中振動(dòng)形式是不斷變動(dòng)的。但由于其價(jià)格低廉,構(gòu)造簡(jiǎn)單而且便于應(yīng)用的特點(diǎn),使得被動(dòng)控制仍具有相當(dāng)大的潛力。況且國(guó)內(nèi)外對(duì)于切削的被動(dòng)控制研究由來(lái)已久,一些理論已日臻成熟,也出現(xiàn)了不少相對(duì)成功的例子。 參考文獻(xiàn)： [1] 朱垂岱,龐學(xué)慧,張余生等.顆粒阻尼鏜刀桿減振分析與試驗(yàn)研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2014,(10) [2] 王軍,吳鳳和,韓亞麗等.層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)鏜刀桿設(shè)計(jì)與性能研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2013,24（6） [3] 王建,丁國(guó)富,張海峰等.減振鏜刀切削加工試驗(yàn)研究[J].中國(guó)測(cè)試

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14、環(huán)節(jié)和振動(dòng)根源，極易發(fā)生振動(dòng)，而振動(dòng)優(yōu)勢(shì)切削加工時(shí)刀具損壞、加工質(zhì)量差的主要原因。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是研究減振鏜刀來(lái)減少或消除深孔刀桿的振動(dòng)，提高刀具動(dòng)態(tài)性能，使刀具更穩(wěn)定。 2.2擬采用的研究手段 本文采用動(dòng)力減振的研究手段來(lái)設(shè)計(jì)刀桿。它是通過(guò)在鏜刀桿的內(nèi)部加減振塊，橡膠圈，阻尼液等元件來(lái)達(dá)到理想的減振效果。這種設(shè)計(jì)不僅沒(méi)有改變鏜桿原有的外觀形狀，還在一定程度上減少了振動(dòng)帶來(lái)的不便，是一種使用前景非常廣闊的設(shè)計(jì)方式。 2.3設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和工作內(nèi)容 原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求： 1.設(shè)計(jì)直徑為50mm，長(zhǎng)徑比達(dá)15的動(dòng)力減振鏜桿，實(shí)現(xiàn)刀桿的減振要求，達(dá)到目標(biāo)加工精度Ra3.

15、2； 2.減振鏜桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性強(qiáng)。 工作內(nèi)容： 1.根據(jù)動(dòng)力減振鏜桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完成刀桿基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行理論分析，完成刀桿數(shù)學(xué)建模。 2.外文翻譯至少3000字。 3.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 2.4完成設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排 2月29日 ~ 3月12日：查閱課題相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，外文翻譯； 3月13日 ~ 3月26日：課題方案論證，并熟練掌握AutoCAD、UG等繪圖造型軟件； 3月27日 ~ 5月1日：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維造型、圖紙繪制和相關(guān)力學(xué)分析； 5月2日 ~ 5月31日：畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)，完善設(shè)計(jì)方案； 6月1日 ~ 6月5日：打印、裝訂，準(zhǔn)備論文答辯。